本發(fā)明涉及水泵水輪機，特別涉及到一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機。

背景技術：

水泵水輪機是20世紀30年代出現(xiàn)的新型抽水蓄能機組，與水輪機和水泵串聯(lián)的蓄能機組相比，其重量大為減輕，造價降低，因而得到廣泛應用。轉輪正向旋轉時作為泵使用，反向旋轉時作為水輪機使用的可逆式水力機械。是抽水蓄能電站的動力設備。水泵水輪機與反擊式水輪機的適用水頭范圍基本一致。其通流部件的幾何形狀與水輪機有所不同，但是主要部件和結構在許多方面是相仿的。為滿足水泵和水輪機兩種運行工況的要求，水泵水輪機比相同水頭和容量的水輪機尺寸大。水泵水輪機今后的趨向是擴大單級轉輪的使用水頭，提高比轉速，增加單機容量和優(yōu)化水泵工況起動方法。水泵水輪機的分類與反擊式水輪機相仿，按水流途徑分混流式、斜流式和貫流式三種。

人們對于電力需求的不斷增大，為了能夠更加高效合理的利用清潔能源，兼具發(fā)電和蓄能作用的高穩(wěn)定性的水泵水輪機起到了十分重要的作用，由于水泵水輪機的水頭和轉速均較高且啟動、停機頻繁，但其在變換工況過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，將嚴重影響機組的穩(wěn)定性。為了提高水泵水輪機的機組穩(wěn)定性，本發(fā)明提供一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機結構，軸流泵的導葉基于水輪機的設計，在葉輪和導葉的內部均設有離合結構，當電機帶動主軸旋轉的水泵工況時，離合器帶動葉輪的旋轉做功，導葉的離合結構處于分離狀態(tài)，導葉不旋轉；當水流倒流時，導葉作為水輪機葉輪帶動主軸對發(fā)電機做功，而軸流葉輪作為導葉，內部的離合結構分離，不帶動其旋轉，采用這種結構大大提高了機組的穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機結構，其設計原理為：軸流泵的導葉基于水輪機的設計，在葉輪和導葉的內部均設有離合結構，當電機帶動主軸旋轉的水泵工況時，離合器帶動葉輪的旋轉做功，導葉的離合結構處于分離狀態(tài)，導葉不旋轉；當水流倒流時，導葉作為水輪機葉輪帶動主軸對發(fā)電機做功，而軸流葉輪作為導葉，內部的離合結構分離，不帶動其旋轉。

實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是：

本發(fā)明所述的一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機，所述的軸流式水泵水輪機由進水喇叭管、進口導葉、離合式葉輪機構、離合式水輪機機構、出口導葉、彎管泵體和電機/發(fā)電機組成，具體由進口導葉直葉片、套管一、進口導葉輪轂、棘牙、彈簧一、鍵一、葉輪輪轂、軸流葉片、離合機構一、平面滑動軸承座圈一、平面滑動軸承座圈二、限位卡環(huán)、平面滑動軸承座圈三、平面滑動軸承座圈四、彈簧二、鍵二、離合機構二、水輪機葉片、水輪機輪轂、銷、套管二、套管三、出口導葉直葉片、出口導葉輪轂、傳動軸、進水喇叭管、彎管泵體、聯(lián)軸器、電機/發(fā)電機、特殊棘輪、滑動軸承一、滑動軸承二等三十二個部分組成，其中離合式葉輪機構由彈簧一、鍵一、葉輪輪轂、軸流葉片、離合機構一、平面滑動軸承座圈一、平面滑動軸承座圈二七部分組成，離合式水輪機機構由平面滑動軸承座圈三、平面滑動軸承座圈四、彈簧二、鍵二、離合機構二、水輪機葉片、水輪機輪轂、銷八部分組成；

所述的特殊棘輪與葉輪輪轂固定安裝，特殊棘輪與進口導葉輪轂的一端滑動接觸，特殊棘輪的一端有棘齒，與安裝在進口導葉輪轂內部的棘牙相互嚙合工作，所述的離合式葉輪機構的離合機構為單向離合器，離合機構一與葉輪輪轂相接觸的端部都為環(huán)形齒狀結構相互嚙合工作，使離合式葉輪機構只能在水泵工況的單向旋轉；

所述的離合式水輪機機構的離合機構為單向離合器，離合機構二與水輪機輪轂相接觸的端部相接觸的端部都為環(huán)形齒狀結構相互配合工作，銷固定在水輪機輪轂上與出口導葉輪轂一端的弧形槽相互配合工作，使離合式水輪機機構只能在水輪機工況的單向旋轉；

所述的出口導葉輪轂和特殊棘輪的內表面與傳動軸的外表面不接觸，葉輪輪轂、離合機構一、離合機構二和水輪機輪轂與傳動軸之間的配合為大間隙配合，平面滑動軸承座圈一與平面滑動軸承座圈四均為階梯圓臺形結構，平面滑動軸承座圈一的外端面與葉輪輪轂的一端過渡配合，平面滑動軸承座圈一的內表面與傳動軸的外表面大間隙配合，平面滑動軸承座圈四的外端面與水輪機輪轂的一端過渡配合，平面滑動軸承座圈四的內表面與傳動軸的外表面大間隙配合，平面滑動軸承座圈二和平面滑動軸承座圈三的內表面與傳動軸的外表面不接觸；

所述的傳動軸設有卡槽，限位卡環(huán)安裝在卡槽上，限位卡環(huán)對離合式葉輪機構在傳動軸的位置進行定位，限位卡環(huán)限制離合式水輪機機構在傳動軸的移動位移范圍；

所述的帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機，在水泵工況工作時，電機帶動傳動軸旋轉，傳動軸帶動離合機構一的旋轉，離合機構一與葉輪輪轂處于閉合的狀態(tài)，從而離合機構一帶動葉輪輪轂和軸流葉片的旋轉，而特殊棘輪的棘齒與棘牙不工作，保證離合機構一的單向旋轉，而離合式水輪機機構在水沖力的作用下，向上出口導葉輪轂方向移動，水輪機輪轂上的銷卡在出口導葉輪轂的弧形槽內，且彈簧二被壓縮，離合機構二與水輪機輪轂處于分離狀態(tài)，使離合式水輪機機構不旋轉；在水輪機工況時，在水沖力的作用下，離合式水輪機機構向限位卡環(huán)的方向移動，水輪機輪轂與出口導葉輪轂分離，離合機構二與水輪機輪轂組成的離合機構處于閉合的狀態(tài)，從而離合式水輪機機構帶動傳動軸的旋轉，相較與水泵工況傳動軸反方向旋轉，彈簧一被壓縮，離合機構一與葉輪輪轂處于分離的狀態(tài)，而特殊棘輪的棘齒與棘牙處于咬合狀態(tài)，使離合式葉輪部分停止旋轉。

所述的軸流式水泵水輪機，銷的圓周截面展開圖為扇形結構，出口導葉輪轂的弧形槽深度由淺到深過渡；葉輪輪轂為臺階形結構，內部臺階上設為環(huán)形鋸齒結構，與離合機構一上的環(huán)形鋸齒結構相嚙合；水輪機輪轂為臺階形結構，內部臺階上設為環(huán)形鋸齒結構，與離合機構二上的環(huán)形鋸齒結構相嚙合。

所述的軸流式水泵水輪機，軸流葉片為軸流式葉片，采用軸流泵的設計方法對葉片進行水力設計，水輪機葉片為軸流式水輪機葉片，采用水輪機的設計方法對葉片進行水力設計，進口導葉和出口導葉的葉片均為直葉片，在離合式水泵葉輪機構和離合式水輪機機構之間的平面滑動軸承的厚度為軸流葉片最大外徑的0.08至0.12倍；分別在離合機構一和離合機構二設有鍵槽，彈簧一和彈簧二端部均安裝有軸承座，保證彈簧的所受扭矩不會過大而發(fā)生損壞，以及減小壁面彈簧與接觸面之間的磨損。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)軸流式水泵水輪機正流可做水泵，逆流可做水輪機，且采用雙離合結構保證了泵工況與水輪機工況的正常運行，且其具有結構簡單，可靠性高，易安裝等特點。

(2)本發(fā)明經(jīng)用戶試用，反應效果良好，實用性良好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機結構原理圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機組裝簡圖。

圖3是本發(fā)明一實施例的a-a截面的水輪機輪轂上的銷與出口導葉輪轂上的弧形槽的工作結構原理圖。

圖4是本發(fā)明一實施例的進口導葉輪轂上棘牙與特殊棘輪的棘齒的工作原理圖。

圖5是本發(fā)明一實施例的水泵工況的離合器工作原理圖。

圖6是本發(fā)明一實施例的水輪機工況的離合器工作原理圖。

圖中：1.進口導葉直葉片，2.套管一，3.進口導葉輪轂，4.棘牙，5.彈簧一(5)，6.鍵一，7.葉輪輪轂，8.軸流葉片，9.離合機構一，10.平面滑動軸承座圈一，11.平面滑動軸承座圈二，12.限位卡環(huán)，13.平面滑動軸承座圈三，14.平面滑動軸承座圈四，15.彈簧二，16.鍵二，17.離合機構二，18.水輪機葉片，19.水輪機輪轂，20.銷，21.套管二，22.套管三，23.出口導葉直葉片，24.出口導葉輪轂，25.傳動軸，26.進水喇叭管，27.彎管泵體，28.聯(lián)軸器，29.電機/發(fā)電機，30.特殊棘輪，31.深溝球軸承。

具體實施方式

圖1至圖6為本發(fā)明涉及一種帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機結構原理圖，所述的軸流式水泵水輪機由進水喇叭管、進口導葉、離合式葉輪機構、離合式水輪機機構、出口導葉、彎管泵體和電機/發(fā)電機組成，具體由進口導葉直葉片(1)、套管一(2)、進口導葉輪轂(3)、棘牙(4)、彈簧一(5)、鍵一(6)、葉輪輪轂(7)、軸流葉片(8)、離合機構一(9)、平面滑動軸承座圈一(10)、平面滑動軸承座圈二(11)、限位卡環(huán)(12)、平面滑動軸承座圈三(13)、平面滑動軸承座圈四(14)、彈簧二(15)、鍵二(16)、離合機構二(17)、水輪機葉片(18)、水輪機輪轂(19)、銷(20)、套管二(21)、套管三(22)、出口導葉直葉片(23)、出口導葉輪轂(24)、傳動軸(25)、進水喇叭管(26)、彎管泵體(27)、聯(lián)軸器(28)、電機/發(fā)電機(29)、特殊棘輪(30)、滑動軸承一(31)、滑動軸承二(32)三十二個部分組成，其中離合式葉輪機構由彈簧一(5)、鍵一(6)、葉輪輪轂(7)、軸流葉片(8)、離合機構一(9)、平面滑動軸承座圈一(10)、平面滑動軸承座圈二(11)七部分組成，離合式水輪機機構由平面滑動軸承座圈三(13)、平面滑動軸承座圈四(14)、彈簧二(15)、鍵二(16)、離合機構二(17)、水輪機葉片(18)、水輪機輪轂(19)、銷(20)八部分組成；

所述的特殊棘輪(30)與葉輪輪轂(7)固定安裝，特殊棘輪(30)與進口導葉輪轂(3)的一端滑動接觸，特殊棘輪(30)的一端有棘齒，與安裝在進口導葉輪轂(3)內部的棘牙(4)相互嚙合工作，所述的離合式葉輪機構的離合機構為單向離合器，離合機構一(9)與葉輪輪轂(7)相接觸的端部都為環(huán)形齒狀結構相互嚙合工作，使離合式葉輪機構只能在水泵工況的單向旋轉；

所述的離合式水輪機機構的離合機構為單向離合器，離合機構二(17)與水輪機輪轂(19)相接觸的端部相接觸的端部都為環(huán)形齒狀結構相互配合工作，銷(20)固定在水輪機輪轂(19)上與出口導葉輪轂(24)一端的弧形槽相互配合工作，使離合式水輪機機構只能在水輪機工況的單向旋轉；

所述的出口導葉輪轂(24)和特殊棘輪(30)的內表面與傳動軸(25)的外表面不接觸，葉輪輪轂(7)、離合機構一(9)、離合機構二(17)和水輪機輪轂(19)與傳動軸(25)之間的配合為大間隙配合，平面滑動軸承座圈一(10)與平面滑動軸承座圈四(14)均為階梯圓臺形結構，平面滑動軸承座圈一(10)的外端面與葉輪輪轂(7)的一端過渡配合，平面滑動軸承座圈一(10)的內表面與傳動軸(25)的外表面大間隙配合，平面滑動軸承座圈四(14)的外端面與水輪機輪轂(19)的一端過渡配合，平面滑動軸承座圈四(14)的內表面與傳動軸(25)的外表面大間隙配合，平面滑動軸承座圈二(11)和平面滑動軸承座圈三(13)的內表面與傳動軸(25)的外表面不接觸；

所述的傳動軸(25)設有卡槽，限位卡環(huán)(12)安裝在卡槽上，限位卡環(huán)(12)對離合式葉輪機構在傳動軸(25)的位置進行定位，限位卡環(huán)(12)限制離合式水輪機機構在傳動軸(25)的移動位移范圍；

所述的帶雙離合機構的軸流式水泵水輪機，在水泵工況工作時，電機(29)帶動傳動軸(25)旋轉，傳動軸(25)帶動離合機構一(9)的旋轉，離合機構一(9)與葉輪輪轂(7)處于閉合的狀態(tài)，從而離合機構一(9)帶動葉輪輪轂(7)和軸流葉片(8)的旋轉，而特殊棘輪(30)的棘齒與棘牙(4)不工作，保證離合機構一(9)的單向旋轉，而離合式水輪機機構在水沖力的作用下，向上出口導葉輪轂(24)方向移動，水輪機輪轂(19)上的銷(20)卡在出口導葉輪轂(24)的弧形槽內，且彈簧二(15)被壓縮，離合機構二(17)與水輪機輪轂(19)處于分離狀態(tài)，使離合式水輪機機構不旋轉；在水輪機工況時，在水沖力的作用下，離合式水輪機機構向限位卡環(huán)(12)的方向移動，水輪機輪轂(19)與出口導葉輪轂(24)分離，離合機構二(17)與水輪機輪轂(19)組成的離合機構處于閉合的狀態(tài)，從而離合式水輪機機構帶動傳動軸(25)的旋轉，相較與水泵工況傳動軸(25)反方向旋轉，彈簧一(5)被壓縮，離合機構一(9)與葉輪輪轂(7)處于分離的狀態(tài)，而特殊棘輪(30)的棘齒與棘牙(4)處于咬合狀態(tài)，使離合式葉輪部分停止旋轉，如圖5和圖6所示，其中虛線框s1、s2、s3代表在水泵和水輪機不同的工況下離合器和水輪機輪轂位置所處的狀態(tài)。

所述的軸流式水泵水輪機，銷(20)的圓周截面展開圖為扇形結構，如圖3所示，出口導葉輪轂(24)的弧形槽深度由淺到深過渡，如圖3所示，其中w1代表軸的水泵工況的轉向，w2代表軸向向上移動；所述的軸流式水泵水輪機，葉輪輪轂(7)為臺階形結構，內部臺階上設為環(huán)形鋸齒結構，與離合機構一(9)上的環(huán)形鋸齒結構相嚙合；水輪機輪轂(19)為臺階形結構，內部臺階上設為環(huán)形鋸齒結構，與離合機構二(17)上的環(huán)形鋸齒結構相嚙合。

所述的軸流式水泵水輪機，軸流葉片(8)為軸流式葉片，采用軸流泵的設計方法對葉片進行水力設計，水輪機葉片(18)為軸流式水輪機葉片，采用水輪機的設計方法對葉片進行水力設計，進口導葉和出口導葉的葉片均為直葉片，在離合式水泵葉輪機構和離合式導葉機構之間的平面滑動軸承的厚度為軸流葉片(8)最大外徑的0.08至0.12倍；分別在離合機構一(9)和離合機構二(17)設有鍵槽，彈簧一(5)和彈簧二(15)端部均安裝有軸承座(g)。